葉茂 關蓓蓓 曹志芬 張競 王康民 蘭歡 陳昊
摘 要:隨著LED照明以及觸摸傳感技術的快速發(fā)展,文章提出一種基于觸摸技術的智能LED照明控制系統(tǒng)。采用電容觸摸傳感技術設計觸摸式開關代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式開關;通過恒定電流、脈寬調制(PWM)等技術控制LED的照度與顏色調節(jié),實現(xiàn)數(shù)字化、智能化的LED照明方式。該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)LED照明的亮度調節(jié)、色彩調節(jié)、場景設置,同時具有溫濕度采集、手機APP控制等功能。
關鍵詞:觸摸技術;LED照明;智能控制;ARM處理器
1 概述
隨著社會經濟的發(fā)展和科技力量的提高,人們對于照明控制方式的要求也越來越高,逐步從傳統(tǒng)的機械開關走向智能化的觸摸控制。LED因其具有的發(fā)光效率高、耗電量少、使用壽命長、安全可靠性強、環(huán)保衛(wèi)生等優(yōu)越性,使得LED照明的應用前景在全世界都掀起了高潮,被寄予了厚望[1]。
近幾年,觸摸技術的快速發(fā)展使得各種觸控設備的應用范圍逐漸加大。從手機、相機等電子產品到觸摸開關、觸摸屏等工業(yè)產品,觸摸產品逐漸被更多人認可和使用。
針對LED照明在照明領域的廣泛應用,文章設計了一種基于觸摸技術的智能LED照明控制系統(tǒng),實現(xiàn)了數(shù)字化、智能化的LED照明方式,系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件設計
本系統(tǒng)的硬件設計實現(xiàn)LED照明系統(tǒng)的智能控制,主要包含核心控制模塊、傳感器模塊、觸摸面板、LED驅動模塊以及電源模塊等,其硬件設計原理圖如圖2所示:
2.1 控制模塊
本終端的核心模塊采用嵌入式ARM處理器:STM32F051,STM32系列微控制器使用來自于ARM公司具有突破性的Cortex-M3內核,工作頻率為72 MHz,內置高速存儲器,具有豐富的增強I/O 端口和外設:包含多達 18 電容感應通道支持接近、觸摸按鍵,線性和旋轉觸摸傳感器;另外還有多達11個定時器以及多個通訊接口,專門應用于觸摸產品的設計[2]。
2.2 傳感器模塊
傳感器模塊包含光照度檢測模塊和人體檢測模塊兩種:光照度檢測模塊采用光照傳感器芯片TSL2561,是一種專門用于檢測光照強度的數(shù)字芯片,TSL2561內部使用了兩個光敏二極管,分別作為通道0和通道1,同時在其內部集成了兩個A/D轉換器,用于將檢測到的光照信息由模擬信號轉換為數(shù)字信號輸出;人體檢測模塊采用人體熱釋電傳感器用于檢測是否有人存在,通過傳感器模塊可以實現(xiàn)“亮度調節(jié),人來燈開,人走燈滅”的效果[3]。
2.3 觸摸面板模塊
觸摸面板模塊基于電容自身的電荷轉移特性,實現(xiàn)電容式觸摸傳感檢測,利用新一代ARM處理器STM32F051系列的觸摸軟件庫設計實現(xiàn)LED照明開關按鍵、滾動條亮度調節(jié)的操作,其電路設計原理圖如圖3所示。
2.4 LED驅動模塊
LED驅動模塊采用一款LED驅動專用芯片PT4115,該芯片是一款連續(xù)電感電流導通模式的降壓恒流源,用于驅動一顆或多顆串聯(lián)LED。PT4115 輸入電壓范圍從8 伏到30 伏,輸出電流可調,最大可達1.2 安培。PT4115 內置功率開關,采用高端電流采樣設置LED平均電流,并通過DIM引腳可以接受模擬調光和很寬范圍的PWM調光;當DIM的電壓低于0.3伏時,功率開關關斷,PT4115進入極低工作電流的待機狀態(tài)[4]。
3 系統(tǒng)軟件設計
在軟件系統(tǒng)設計中,我們移植了嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II,由μC/OS-II操作系統(tǒng)來實現(xiàn)應用程序的多任務處理及調度。首先針對控制器的功能確定在μC/OS-II中建立Task的數(shù)量,優(yōu)先級和任務,IDLE Task是優(yōu)先級最低的,主要在系統(tǒng)空閑時運行,Task1是完成顯示的功能, Task1是最高一級的任務,主要用來響應中斷和定時的作用,所有的Task都在系統(tǒng)的調度下有序進行,高優(yōu)先級的任務可以終端低優(yōu)先級的,一個任務對應一個進程,任務結束了進程也就結束了,直到任務再次被調用。
4 結束語
文章提出一種基于觸摸技術的智能LED照明控制系統(tǒng),綜合運用嵌入式技術、傳感器技術等實現(xiàn)了LED照明的智能化管理?;陔娙萦|摸感應原理設計了觸摸面板代替了傳統(tǒng)的機械開關,控制更便捷,使用更方便。同時通過光照度傳感器和人體熱釋電傳感器實現(xiàn)了智能化的LED照明控制,有效地節(jié)約了能源。
本系統(tǒng)充分利用LED照明技術實現(xiàn)通用照明應用的需求,在節(jié)約能源的同時研究智慧之光,打造智能LED照明控制系統(tǒng),具有極大的市場前景。
參考文獻
[1]毛興武.新一代綠色光源LED及其應用技術[M].北京:人民郵電出版社,2008.
[2]意法半導體.STM32F051中文資料.http://www.st.com/web/cn/home.html.
[3]虞楊陽,余紅英.基于TSL2561的溫室智能調光系統(tǒng)設計[J].科學之友,2011,4:12-13.
[4]麻朋威.基于PT4115的LED照明燈系統(tǒng)設計[J].科技視界,2015,16:69-70.